ME = microscópio eletrônico.

RER = retículo endoplasmático rugoso ou granuloso

Análises detalhadas, que incluem reconstituição por computador, permitiram a reconstrução demodelos tridimensionais dos complexos de poro. Eles são constituídos por dois anéis comarranjo octogonal e estabelecem o perímetro do poro. Cada anel é ancorado na bicamadalipídica, nos pontos em que as membranas interna e externa estão fundidas. A eles se conectamoito fibrilas radiais que se dirigem ao canal central. Estruturas filamentosas se estendem dosanéis citoplasmático e nuclear, constituindo uma estrutura semelhante a uma cesta de basqueteapenas no lado nuclear. Acredita-se existirem cerca de 100 proteínas diferentes constituindoesses componentes do complexo de poro. Elas são coletivamente chamadas de nucleoporinas. Ocanal central tem aproximadamente 40 nm de diâmetro, e uma estrutura em forma de grânulo(grânulo central) costuma ser vista em seu interior. Alguns pesquisadores acreditam que ela éum componente intrínseco do complexo de poro que regula o transporte de moléculas atravésdo canal central; outros propõem tratar-se de macromoléculas em trânsito entre o núcleo e ocitoplasma. As proteínas da lâmina nuclear estão associadas à membrana nuclear interna e seinterrompem nos poros.A associação do complexo raio-anel leva ao estabelecimento de canais entre os raios, fechandoparcialmente a abertura do complexo de poro.

O grânulo central é também denominado de complexo transportador ou núcleo central (centralplug).

Dois mecanismos diferentes são utilizados no trânsito de moléculas através dos complexos deporo. Moléculas com até 9 nm de diâmetro atravessam rapidamente o complexo de poro nosdois sentidos. Elas se difundem passivamente através dos canais estabelecidos pelos raios docomplexo de poro. A maioria das proteínas e RNA são, no entanto, grandes demais para sedifundirem por esses canais. Essas macromoléculas atravessam os complexos de poro por umprocesso que consome energia, onde tanto as proteínas quanto os RNAs são reconhecidos etransportados seletivamente. Esse transporte ocorre através de um mecanismo regulado, quepermite a abertura dos canais até um diâmetro aproximado de 25 nm, em resposta a sinaisapropriados. As proteínas próprias do núcleo são sintetizadas no citoplasma com um sinal delocalização nuclear, constituído por um segmento de 4-8 aminoácidos, rico em lisina e arginina.Essas proteínas marcadas para destino nuclear atravessam os complexos de poro por ummecanismo que consome energia fornecida pelo ATP e pelo GTP. O sinal nuclear específico éreconhecido por uma proteína citoplasmática, a importina, que se liga à proteína a sertransportadas e estabelece a sua ligação com o complexo de poro, promovendo a suatranslocação através do poro. Após o transporte, a importina se desliga da proteína e retorna aocitoplasma. O sinal de localização nuclear não é removido depois que a proteína entra nonúcleo, o que permite sua reintrodução quando o envoltório nuclear se refaz após a mitose.A exportação de RNAs do núcleo para o citoplasma ocorre também por um processo ativo,mediado por receptores específicos. Os RNAs transcritos no núcleo que desempenham suafunção no citoplasma (mRNA, tRNA e rRNA) são exportados como complexos RNA-proteínas. Ossinais que dirigem a exportação nuclear podem estar presentes nos próprios RNAs ou nasproteínas. As moléculas de mRNA estão complexadas com cerca de 20 proteínas, formando asribonucleoproteínas nucleares heterogêneas ou hnRNPs. Pelo menos um dessas proteínas podeconter um sinal de exportação nuclear e atuar como transportadora do mRNA durante suaexportação para o citoplasma. Também os rRNAs são exportados do núcleo na forma departículas complexadas com proteínas, ou seja, de subunidades ribossômicas. Sua exportaçãotambém pode ser mediada por sinais presentes nas proteínas ribosômicas. Não se sabe aindacomo ocorre a exportação dos tRNAs.

Associada à superfície interna do envoltório nuclear encontra-se a lâmina nuclear, uma redefibrosa com 10-20 nm de espessura. A lâmina nuclear se interrompe nos poros nucleares. Namaioria das células de mamíferos, a lâmina nuclear é constituída pelas proteínas laminas A, B eC. Cada lamina é um dímero de subunidades proteicas que se associam através das porções em

-hélice de cada cadeia polipeptídica, com duas porções globulares de cada cadeia ficando nasextremidades. Essas proteínas não são intrínsecas à membrana interna, mas a lamina B possuiuma região lipídica na região C-terminal (porção farnesil-) que se insere na bicamada, e a essaproteína se associam as laminas A e C. Proteínas intrínsecas da membrana nuclear internaauxiliam na organização dos filamentos de laminas em uma rede fibrosa. Nas laminas A, devido àclivagem de vários resíduos C-terminais, essa região lipídica é transitória, sendo removida poruma uma modificação pós-traducional da prelamina A. Mutações que impedem a remoçãosubsequente do grupo farnesil-perturbam as células, mas a razão funcional para esta adiçãotransitória, no caso de lamina A, permanece obscura.Além de manter a forma e dar suporte estrutural ao envoltório nuclear, a lâmina nuclear éresponsável pela ligação das fibras cromatínicas ao envoltório. Durante a mitose, a fosforilaçãotemporária das laminas causa a desorganização da lâmina nuclear. Ao final da mitose, as laminassão desfosforiladas e se associam novamente para refazer a lâmina nuclear, levando àreconstituição do envoltório nuclear.

* As histonas se ligam ao DNA graças à interação de seus radicais amino com os radicais fosfatodo DNA. Nem todos os radicais fosfato estão neutralizados pelas histonas, o que confere àcromatina um caráter ácido (afinidade por corantes básicos).

Cada cromossomo contém um único duplex de DNA, compactado em uma fibra que se estendecontinuamente ao longo de todo o cromossomo. Assim, no que diz respeito à cromatinainterfásica e ao cromossomo mitótico, podemos explicar a compactação de uma molécula deDNA única e extremamente longa, em uma forma na qual pode ser transcrita e replicada etambém ser ciclicamente mais ou menos comprimida.A disposição da cromatina dentro do núcleo e o seu grau de condensação variam de um tipocelular para outro (são característicos de cada tipo celular). Além disso, a mesma célula podeapresentar a cromatina com vários graus de condensação, de acordo com o estágio funcional ecom o estado de diferenciação em que se encontra.

Os genes localizados na eucromatina podem se expressar ou não, dependendo do tipo celular ede suas necessidades metabólicas. Existem pelo menos duas formas de eucromatina: cerca de10% na forma de cromatina ativa, que é menos condensada, e o restante na forma de cromatinainativa, que é mais condensada. A heterocromatina constitutiva está sempre condensada.Consiste, na maior parte, de DNA repetitivo e é encontrada nos centrômeros e ao redor deles eem algumas outras regiões. Ela passa pelo ciclo celular com poucas mudanças no seu grau decondensação. Forma uma série de massas discretas, mas, frequentemente, as diversas regiõesde cromatina agregam-se em um cromocentro densamente corado.A heterocromatina facultativa pode existir tanto na forma geneticamente ativa (descondensada)quanto na forma inativa (condensada), como no caso da inativação do cromossomo X emmamíferos (corpúsculo de Barr).A mesma fibra cromatínica pode apresentar regiões eucromáticas contínuas com regiõesheterocromáticas. Assim, o material genético é organizado de modo que diferentes estados decompactação sejam mantidos lado a lado, possibilitando a ocorrência de alterações cíclicas nonível de compactação da cromatina entre a intérfase e a divisão, e entre as diferentes fases davida da célula.

Os cromossomos normais têm um só centrômero, o qual é visto ao microscópio como uma constriçãoprimária, a região em que as cromátides-irmãs estão unidas. O centrômero é essencial para a segregaçãodurante a divisão celular.Funções:ponto de ligação das fibras de microtúbulos durante a divisão celular;ponto de reunião de cromátides-irmãs;motor mecano-químico responsável pelo movimento dos cromossomos para os pólos da célula econclusão da divisão celular.Durante a prófase tardia, um par de cinetócoros forma-se em cada centrômero, cada um ligado a uma dascromátides-irmãs. Múltiplos microtúbulos ligam-se a cada cinetócoro, ligando o centrômero de umcromossomo aos dois pólos do fuso. Os cinetócoros desempenham um papel fundamental nesseprocesso, controlando a reunião e a separação dos microtúbulos acoplados e, por meio da presença demoléculas motoras, dirigindo o movimento cromossômico.Os telômeros são estruturas especializadas, constituídas por DNA repetitivo (repetições em tandem ouagrupadas) e proteína, que cobrem as extremidades dos cromossomos eucarióticos.Funções prováveis:manter a integridade estrutural do cromossomo: se um telômero for perdido, a extremidadecromossômica resultante fica instável, tendendo a fundir-se com as extremidades de outros cromossomosquebrados ou envolver-se em eventos de recombinação ou ser degradada.garantir a replicação completa das extremidades codificadoras dos cromossomos: durante a replicação doDNA, a síntese da fita atrasada é descontínua e requer a presença de algum DNA à frente para um primerde RNA.auxiliar o estabelecimento da arquitetura tridimencional do núcleo e/ou do pareamento cromossômico:as extremidades dos cromossomos parecem estar ligadas à membrana nuclear, sugerindo que ostelômeros auxiliam no posicionamento dos cromossomos.auxiliar no reconhecimento entre cromossomos homólogos para pareamento na meiose.Origens de replicação: necessárias para que ocorra a replicação do DNA na fase S da intérfase. Sãosequencias de DNA situadas próximas aos pontos onde a síntese de DNA é iniciada, que controlam o inícioda replicação. Nos eucariotos existem várias origens da replicação autônomas ao longo de uma únicamolécula (para cada origem, duas forquilhas de replicação bidirecionais).

As histonas H3 e H4 apresentam sequências idênticas em organismos tão distintos quanto aervilha e o boi, sugerindo que elas desempenham funções idênticas em todos os eucariontes. Ostipos H2A e H2B possuem também sequências idênticas, com algumas variações espécie-específicas.Em alguns tecidos, a H1 é substituída por histonas especiais. Por exemplo, em eritrócitosnucleados de aves, a histona H5 é encontrada em substituição à H1.

A porção enovelada da molécula das histonas contém alta percentagem de aminoácidoshidrofóbicos, e sua associação com o DNA deve-se à interações hidrofóbicas. Pode-se separar,por processos químicos, a molécula de DNA das moléculas de histonas. Mas quando o DNA e ashistonas são colocados juntos em condições favoráveis, ocorre novamente a formaçãoespontânea de nucleossomos.

O nucleossomo é uma partícula de forma cilíndrica achatada, com 10 nm de diâmetro e 6 nm dealtura. Cada nucleossomo é constituído por 200 pb de DNA associados a um octâmero dehistonas e a uma molécula de histona H1. O octâmero é formado por duas moléculas de cadauma das histonas H2A, H2B, H3 e H4. A molécula de H1 se associa externamente ao DNA queenvolve o octâmero. Cada nucleossomo é formado por um centro ou cerne, constituído pelooctâmero de histonas H2A, H2B, H3 e H4, em torno do qual se enrola um segmento de DNA deaproximadamente 146 pb. Conectando um centro de nucleossomo a outro, encontra-se umsegmento de DNA não associado a proteínas com 15 até 100 pb, chamado DNA de ligação.

Dois tipos de fibras cromatínicas são encontradas no núcleo interfásico: a fibra de 10 nm dediâmetro ou nucleofilamento e a fibra de 30 nm ou solenóide.A fibra de 10 nm constitui o primeiro nível de compactação da cromatina e é formada pelaassociação de nucleossomos adjacentes. A organização dessa fibra depende da interação entreas histonas H1 de nucleossomos vizinhos. A histona H1 de um nucleossomo liga-se através desua extremidade amino-terminal, à extremidade carboxi-terminal da H1 do nucleossomoadjacente, em um arranjo “cabeça-cauda”. Com essa organização, o DNA de ligação não é maisobservado na fibra de 10 nm.A fibra de 30 nm constitui o segundo nível de organização da cromatina e é formada peloenovelamento da fibra de 10 nm em uma estrutura helicoidal. Cada volta da espiral contém 6nucleossomos organizados radialmente, ficando a histona H1 localizada no interior da fibra. Ahistona H1, juntamente com íons Mg2+ em concentração adequada, tem papel preponderantena formação e estabilização dessa fibra.Durante a intérfase, a cromatina que contém os genes ativamente transcritos é formada, em suamaioria, por fibras de 30 nm, enquanto cerca de 10% estão na forma de fibras de 10 nm,permitindo o acesso às enzimas envolvidas na transcrição.

Ainda no núcleo interfásico, as fibras de 30 nm podem se organizar em grandes alças que seprendem ao envoltório nuclear através da lâmina nuclear. Cerca de 10% da cromatina interfásicatambém se encontra em um estado altamente condensado – a heterocromatina.Níveis superiores de compactação da cromatina parecem envolver, principalmente, as proteínasnão-histônicas. A histona H1 parece, no máximo, participar também do processo decompactação, uma vez que a sua fosforilação, durante a prófase, determina a condensação doscromossomos.

MO= microscopia ópticaOs nucléolos são corpúsculos arredondados de aspecto esponjoso, mergulhados diretamente nonucleoplasma, uma vez que não possuem membrana envolvente. A porção fibrilar densa é maiscentral e é formada por RNAr (RNA ribossômico) e proteínas ribossomais. A porção granular émais periférica e é formada por subunidades ribossômicas em formação.A região organizadora do nucléolo é a cromatina associada ao nucléolo, que na divisão encontra-se nos satélites dos cromossomos acrocêntricos. Não é uma estrutura compacta, pois nota-se ainvasão do nucleoplasma. Forma os ribossomos a partir das proteínas ribossômicas, que sãoimportadas do citoplasma e se associam com o RNAr.

A associação das técnicas de extração, fracionamento e microscopia eletrônica sugere que existeuma estrutura fibrilar formando um endoesqueleto nuclear, a matriz nuclear. Após a digestão doDNA com Dnase e a extração da maioria das proteínas nucleares, a estrutura resultante mantémo tamanho e a forma originais do núcleo. Essa estrutura é constituída por três componentes: alâmina nuclear, a estrutura nucleolar e uma rede fibrilar interna, que seria a matriz nuclear. Naintérfase, as fibras cromatínicas não estão localizadas ao acaso, mas ocupam locaisdeterminados no interior do núcleo. Essa observação sugere que a matriz nuclear tem função deancorar as alças cromatínicas, as enzimas envolvidas na replicação e transcrição do DNA e asproteínas envolvidas no transporte dos RNAs.

O chamado “Complexo vinculador de Nucleoesqueleto e Citoesqueleto” (LINC), atravessa a duplamembrana e liga o nucleoesqueleto aos sistemas de filamentos do citoesqueleto citoplasmático.

Figura: O envelope nuclear é um sistema de dupla membrana, com a membrana externacontínua com o retículo endoplasmático (RE, do inglês endoplasmic reticulum) e ambas asmembranas se fundindo onde complexos de poro nuclear (NPC, do inglês nuclear porecomplexes) estão inseridos. A proteína Nesprina na membrana nuclear externa (ONM, do inglêsouter nuclear membrane) liga direta ou indiretamente os três principais sistemas de filamentoscitoplasmáticos (da esquerda para a direita) actina, tubulina, e filamentos intermediários (IFs, doinglês intermediate filaments). Elas também se conectam a estruturas mais especializadas, comoas linhas TAN no lado direito dos NPC. As proteínas transmembrana do envelope nuclear (NETs,do inglês nuclear envelope transmembrane) também parecem ter interações com filamentos docitoesqueleto (mais distantes representação direita). As nesprinas se conectam no lúmen doenvelope nuclear às proteínas SUN na membrana nuclear interna (INM, do inglês inner nuclearmembrane). Estas, por sua vez, se conectam ao polímero lamina. Ambas as laminas e outrasredes se conectam à cromatina.